LA PROGETTAZIONE AERODINAMICA DELLE FORMULA 1
Le auto da formula 1 sono sempre più complesse e questo vale soprattutto per l’aspetto esteriore, quello più visibile. L’aerodinamica è entrata nei giochi come uno dei protagonisti principali e sempre di più assume un valore chiave per vincere le gare. Una scelta corretta in termini di forme e deviazioni del flusso regala vantaggi incredibili sugli avversari.
Quanto appena detto, se ben si pensa, è esattamente il caso della formula 1 o del campionato WEC, dove le regole di aerodinamica sono ancora abbastanza larghe da rendere i team indipendenti.
Invece, nonostante l’alto valore tecnico delle vetture, in formula Indy o in formula E, le auto sono tra loro uguali. Ciò comporta una riduzione di apparenti vantaggi tra una squadra e l’altra.
Per tutte quante, comunque, vale una sola regola: ottimizzare il flusso di aria che le circonda per poterne ricevere la quantità maggiore di vantaggi durante la corsa.
La domanda sorge spontanea a questo punto: come si può estrapolare il massimo dal flusso d’aria? Come si può essere certi di aver trovato la forma perfetta? Come riuscire ad avere un set di forme possibili cosi ampio e completo da essere certi che tutti i casi possibili siano stati presi in considerazione?
L’AVVENTO DEI PROCESSORI IN FORMULA 1
Ovviamente non è più l’umano che decide dove installare e cosa a bordo vettura. Non può più essere una scelta dettata dalle sensazioni o basate su pochissimi test eseguibili. Non d quando esistono i computer. Serve un processo autonomo di ottimizzazione dell’aerodinamica, che parta da una serie di input ben definiti dall’utente, utili per raggiungere un traguardo specifico.
Il genere di ciclo automatico di cui stiamo parlando esiste già e si ha un nome ben preciso: è l’ottimizzazione di forma. in formula 1, fà tutta la differenza del mondo.
IL PROCESSO DI OTTIMIZZAZIONE DI FORMA
Pochi parametri iniziali, la definizione dei loro gradi di libertà, un disegno iniziale che ritragga le principali caratteristiche della vettura da realizzare e si può cominciare.
In genere, ogni modello di studio che venga elaborato da un processore, richiede la realizzazione di una vera e propria copia digitale del veicolo di cui si vuole l’ottimizzazione. Ogni squadra di formula e ogni team di progettazione in genere spendono ore e ore per affinare i propri modelli.
Una immagine di seguito presenta un tipico disegno 3D di una macchina da corsa a ruote scoperte. è cosi che la vedrebbero i tecnici nelle sale di progettazione.
Di cosa si costituisce il sistema che svolgerà il ciclo di ottimizzazione aerodinamica allora? Il disegno del veicolo non basta?
IL PROCESSO DI OTTIMIZZAZIONE DI FORMA DI UNA FORMULA 1
In effetti non può bastare il solo modello dell’automobile perché, come intuibile, visto che è stato realizzato sulla base di una mano “umana” risulta essere ancora imperfetto dal punto di vista delle forme. Sono altre le indicazioni che devono essere fornite al calcolatore per modellare le curve del mezzo ottimizzandole. Le categorie di dati che devono essere fornite sono due:
- 1: Modello di descrizione del flusso di aria. Ovvero una serie di indicazioni che dicano al computer come si comporterebbe mediamente l’aria attorno alla macchina.
Questo serve perché, concetto particolarmente intuitivo, la macchina percorrerà parte della sua corsa in scia e parte no. Si pensi quanto questo sia importante per il caso di una formula 1, che fatica moltissimo quando insegue un’auto che la precede. Serve una serie di dati che possa descrivere che tipo di corrente fluida investirebbe l’auto nella realtà.
- 2: Gradi di libertà della parete esterna appartenente al veicolo.
Infatti, considerando i regolamenti vigenti per ogni categoria, una appendice aerodinamica è ben relegata in certi spazi e bisogna essere certi che non superi i limiti imposti da normativa. Un esempio di indicazioni da regolamenti, direttamente dai documenti ufficiali FIA per la formula 1, è il seguente:
Cosa può voler dire tutto ciò? Che ogni minimo millimetro quadrato può essere spostato dal computer, in fase di ottimizzazione, entro certi limiti imposti dagli ingegneri. Questo avviene in fase di preparazione del ciclo automatico di ottimizzazione.
IL CICLO DI CALCOLO
In fine, è il momento della mesh: la superficie esterna del veicolo digitale viene suddivisa in una infinità di piccolissime parti (triangolini o rettangoli, a seconda del metodo), ciascuna con una certa caratteristica di estensione e incidenza sul flusso in arrivo.
Su ognuna di queste, al variare delle forme, attraverso una miriade di cicli, si calcoleranno i risultati di resistenza e deportanza finali per ogni possibile configurazione possibile ideata dal processo di ottimizzazione automatico. La loro somma, resistenza e carico aerodinamico di ogni piccolo pezzettino di macchina, fornirà il risultato finale di prestazioni aerodinamiche di ogni caso analizzato dal computer.
In sostanza, il computer esegue una serie di cicli, durante i quali sposta parti di superfici per ottimizzare determinate aree che, in base ai parametri aerodinamici, mostrano una serie di aspetti negativi quali instabilità o altri, per provare a migliorarle rispetto al ciclo precedente. ne elabora tantissimi e con estrema velocità. Troppo perchè questo lavoro possa essere svolto a mano dai tecnici.
Il migliore dei casi studiati dal calcolatore, sarà quello che ne ottimizza i risultati richiesti dagli ingegneri.
Questo processo avviene per definire le auto di formula 1 ad inizio anno, per esempio, cosi come ogni loro modifica o sviluppo seguente: aggiunte al modello virtuale iniziale inserite manualmente, entrano anche loro nel ciclo di ottimizzazione.
L’aggiunta manuale da parte dei tecnici, rimane grossolana ed è compito del computer definirla e, per l’appunto, ottimizzarla.
INSERISCO UN LINK AD UN ESEMPIO APPLICATIVO REALE: LINK.
CONCLUSIONI
C’è un’unico aspetto che il computer ancora non riesce a coprire: trovare gli errori ed avere le idee.
Infatti, molti strumenti diversi dal computer corrono in aiuto agli ingegneri che possono identificare difetti nel flusso. Sarà mia premura illustrarli nel prossimo capitolo di aerodinamica. Questi strumenti permettono agli esperti di identificare zone in cui possa servire un correttivo. Da ciò scaturisce il passaggio più importante: l’idea.
L’uomo ha ancora la possibilità di trovare l’idea. pensa ad una possibile soluzione tramite l’inserimento, la modifica o l’eliminazione di una parte di superficie esterna. L’idea è ciò che rende indispensabili le menti umane che operano attualmente in formula 1. La loro mano, ne disegna le forme iniziali. Le plasma. Queste assumono una forma di partenza che viene disegnata all’interno del modello virtuale. Il computer è il valido scudiero che le raffina e le ottimizza.
Assieme, gli uomini e i processori della formula 1, compiono miracoli.
A presto, dall’ing. Alberto Aimar.
